基于單片機(jī)的太陽能LED路燈的設(shè)計(jì)

李盧　肖寶　秦港權(quán)　蘆瑞東

【摘 要】伴隨著城市道路的高速發(fā)展，人們對高新節(jié)能光電路燈照明的需求與日俱增，太陽能LED路燈作為典型的綠色照明光源，具有廣闊的應(yīng)用前景，要結(jié)合太陽能資源、氣候條件、控制方式等因素，進(jìn)行合理的太陽能LED路燈的設(shè)計(jì)，確保太陽能LED路燈節(jié)能、可靠的工作，滿足人們對高性能照明的要求。

【關(guān)鍵詞】太陽能；LED；路燈；照明；光源；光伏

隨著傳統(tǒng)能源的不斷消耗，人們對新能源的應(yīng)用也更加關(guān)注，尤其對于可再生、清潔的太陽能更是首當(dāng)其沖。太陽能路燈作為一種太陽能的應(yīng)用領(lǐng)域，隨著城建設(shè)和交通的發(fā)展，日益受到關(guān)注，太陽能路燈的燈具采用更加環(huán)保節(jié)能的白光LED照明燈。本設(shè)計(jì)中路燈的控制部分采用了以STC12C5410AD單片機(jī)為核心，外圍電路包括電壓采集、負(fù)載輸出控制、檢測、LED顯示及鍵盤等部分。

1 太陽能路燈系統(tǒng)

太陽能路燈系統(tǒng)屬于獨(dú)立的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，其由太陽能電池板、蓄電池、燈具、控制箱、路燈桿等組成。太陽能路燈系統(tǒng)的核心組成，如圖1所示。

圖1 太陽能路燈系統(tǒng)的核心組成

該系統(tǒng)由太陽能電池方陣（包括電池支架）、路燈控制箱（內(nèi)有蓄電池組、控制器等）、LED照明燈頭和路燈桿等幾部分組成。燈頭部分采用1W功率的LED白光集成于電路板上排列為一定間距的點(diǎn)陣來作為平面發(fā)光源。LED有21世紀(jì)新光源之稱，是繼白熾燈、日光燈、高壓氣體燈后的第四代光源，具有節(jié)能、光效高、壽命長、無頻閃、直流供電、便于控制、安全、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)。路燈控制箱箱體采用不銹鋼材質(zhì)，美觀耐用，箱內(nèi)布置鉛酸蓄電池和相應(yīng)的充放電控制元件，其中的充放電控制器和核心的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要考慮功能和成本，功能上具備光控、時(shí)控、過放保護(hù)、過充保護(hù)和反接保護(hù)等，實(shí)現(xiàn)較好的性價(jià)比。

2 太陽能路燈控制器

太陽能控制器是應(yīng)用于太陽能光伏系統(tǒng)中，協(xié)調(diào)太陽能電池板、蓄電池、交直流負(fù)載的工作，是光伏系統(tǒng)中最重要的組件，維護(hù)整個(gè)太陽能光伏系統(tǒng)安全、可靠、高效的運(yùn)作。光伏電源系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)高速采集，并按照一定的控制規(guī)律由軟件程序?qū)温坊蚨嗦饭夥姵仃嚵羞M(jìn)行接通和斷開控制。利用光伏效應(yīng)原理制成的太陽能電池白天接收太陽輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)過充放電控制器存儲(chǔ)于蓄電池組中，夜晚當(dāng)光線暗下來后，利用充放電控制器自動(dòng)檢測光度，控制蓄電池對燈頭放電，為了保護(hù)蓄電池，避免過放電，蓄電池放電8.5小時(shí)后，充放電控制器自動(dòng)動(dòng)作，進(jìn)行切換，蓄電池放電結(jié)束。此控制器對12V和24V蓄電池能自動(dòng)識別，可以對蓄電池進(jìn)行科學(xué)管理，還能對蓄電池過壓、欠壓等運(yùn)行狀態(tài)有所指示，且有兩路負(fù)載輸出，每路負(fù)載的額定電流可達(dá)到5A，兩路負(fù)載根據(jù)實(shí)際需要，可隨意設(shè)置為分時(shí)點(diǎn)亮、同時(shí)點(diǎn)亮或單獨(dú)定時(shí)等多種工作方式，此控制器還可對負(fù)載實(shí)現(xiàn)短路、過流等保護(hù)功能，具有較高的智能化和自動(dòng)化水平。

3 道路照明的規(guī)劃設(shè)計(jì)

3.1 傾角設(shè)計(jì)

為了讓太陽能電池在一年中接收到更多的太陽輻射能，提高太陽能的利用率，一定要結(jié)合當(dāng)?shù)氐木S度，合理設(shè)置太陽能電池組件的最佳傾角。

3.2 抗風(fēng)設(shè)計(jì)

在太陽能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，抗風(fēng)設(shè)計(jì)是一個(gè)需要特別重視的問題，抗風(fēng)設(shè)計(jì)主要包括燈桿的抗風(fēng)設(shè)計(jì)和電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計(jì)兩大塊。

3.3 燈具布置

道路照明設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)場所和道路的特點(diǎn)，并結(jié)合照明要求，選擇高桿照明方式或常規(guī)照明方式。常規(guī)照明燈具的布置可分為雙側(cè)交錯(cuò)布置、雙側(cè)對稱布置、單側(cè)布置、中心對稱布置和橫向懸索布置五種方式，具體選擇哪一種，要結(jié)合實(shí)際選擇，采用常規(guī)照明方式時(shí)，應(yīng)根據(jù)道路寬度、橫斷面形式及照明要求進(jìn)行選擇。[1]

3.4 照明設(shè)計(jì)

對于現(xiàn)代社會(huì)，城市道路建設(shè)是城市建設(shè)的關(guān)鍵，夜晚色彩斑斕、交相輝映的燈光是現(xiàn)代城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和文明進(jìn)步的象征，因此，道路照明與道路建設(shè)需同步進(jìn)行。在規(guī)劃設(shè)計(jì)上，需根據(jù)道路寬度和綠化隔離帶情況，采用單排、雙排或單、雙臂照明，選用一定色調(diào)、高度、形狀、燈桿的燈具與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)配置，使道路照明壯觀、亮麗，真正成為城市亮點(diǎn)和旅游觀光景點(diǎn)。

4 結(jié)束語

該太陽能LED路燈的控制器系統(tǒng)，是以STC12C5410AD單片機(jī)為核心，達(dá)到了對蓄電池及負(fù)載運(yùn)行的有效管理，提高了太陽能電池板的利用率，延長了蓄電池的使用壽命，可以防止因線路問題而造成意外事件的發(fā)生，具有成本低廉、設(shè)計(jì)可靠的特點(diǎn)，具有較高的應(yīng)用推廣價(jià)值。

太陽能路燈操作簡單、設(shè)備可靠、使用方便、節(jié)能環(huán)保，充分體現(xiàn)了太陽能利用的多種優(yōu)勢，特別適合于偏遠(yuǎn)地區(qū)、牧區(qū)、部分山區(qū)使用，在城市及郊區(qū)道路、廣場均可配置太陽能路燈，其應(yīng)用必將受到越來越多的重視。

【參考文獻(xiàn)】

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[4]張可兒，等.基于單片機(jī)的智能太陽能路燈設(shè)計(jì)[J].電子科技，2014.

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[6]沈玉東.江蘇典型縣城光環(huán)境及其管理研究[D].蘇州科技學(xué)院，2011.

[責(zé)任編輯：王楠]